專利名稱：細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合纖維及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及以細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉為原料制備 的復(fù)合纖維，以及該復(fù)合纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，主要分布于植物如樹木、棉花、麻等之中，是形 成植物體最主要的成分，然而一些微生物也具有高效地合成纖維素的能力。為了與植物來源 的纖維素相區(qū)別，將來源于微生物的纖維素稱之為"細(xì)菌纖維素(bacterial cellulose)" 或"微生物纖維素(microbial cellulose)"。細(xì)菌纖維素最早由英國科學(xué)家Brown在1986 年發(fā)現(xiàn)，他在靜置條件下培養(yǎng)醋酸桿菌時，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基的氣液表面形成一層白色的凝膠狀薄 膜，經(jīng)化學(xué)與物理方法分析，確定其成分是纖維素。
細(xì)菌纖維素和植物纖維素具有相同的化學(xué)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)，均是由吡喃型葡萄糖單體(6 -D-葡萄糖)通過e-i，4糖苷鍵連接形成的一種直鏈大分子化合物。與植物纖維素相比，細(xì) 菌纖維素不但合成速度快，產(chǎn)率高，而且具有如下優(yōu)良的特性
1高化學(xué)純度。細(xì)菌纖維素是一種純凈的纖維素，不含半纖維素、不質(zhì)素、果膠和其它 細(xì)胞壁分子，分子取向好，結(jié)構(gòu)均一，并且以單一纖維形式存在，純度極高(99%以上)，無 需提純可直接利用。
2高結(jié)晶度和高聚合度。細(xì)菌纖維素的結(jié)晶度為95%左右，聚合度為16000左右，均高 于棉、麻等天然纖維素，使得細(xì)菌纖維素具有良好的物理機(jī)械性能。
3持水能力能強(qiáng)。和植物纖維素相比，細(xì)菌纖維素具有特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)，它是由超細(xì)微 纖維組成的超微纖維網(wǎng)，其超微纖維直徑僅為植物纖維的1/100，使其具有較強(qiáng)的持水能力。
4生物可降解和生物相容性好。其制品在自然界中可生物降解，不污染環(huán)境。
5生物合成的可調(diào)控性?？梢酝ㄟ^控制合成條件得到所需類型的纖維素，較容易實(shí)現(xiàn)纖 維素的改性。
細(xì)菌纖維素作為一種新型的生物合成材料受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注，在食品工業(yè)、生物醫(yī) 用、造紙、聲學(xué)器材和石油開采等方面得到了廣泛應(yīng)用。但是細(xì)菌纖維素具有較高的聚合度 和結(jié)晶度，其結(jié)晶區(qū)大分子強(qiáng)烈的分子內(nèi)和分子間氫鍵的作用使其難以溶解，限制了細(xì)菌纖 維素的加工和應(yīng)用領(lǐng)域。
海藻酸鈉是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種天然高分子物質(zhì)，具有良好的生物降 解性和生物相容性。在海藻生長過程中，海水中的礦物質(zhì)、碳水化合物、氨基酸、脂肪、維生素等累積到其中，使得海藻具有激活細(xì)胞新陳代謝，保持皮膚嬌嫩、光滑等美容效果。另 外，海藻中的物質(zhì)還具有消炎、止癢等功能，可用于皮膚病的治療。
開發(fā)出既有優(yōu)異物理機(jī)械性能，又能發(fā)揮海藻酸鈉各種功效的細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合 纖維，用于生產(chǎn)各種服裝面料以及醫(yī)用敷料等，具有十分重要的社會經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)之一在于提供一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維。 本發(fā)明的任務(wù)之二在于提供一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法。 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的任務(wù)之一，其技術(shù)解決方案是
一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維，將海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中并 分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維；其中，海藻酸鈉在復(fù)合 纖維中的含量為5% 20%，細(xì)菌纖維素在復(fù)合纖維中的含量為80% 95%。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的任務(wù)之二，其技術(shù)解決方案是
一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，包括如下步驟
a將適量的細(xì)菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質(zhì)量百分比濃度為5% 10% 的細(xì)菌纖維素溶液；
b將一定量的海藻酸鈉微納米粉體加入到細(xì)菌纖維素溶液中，分散均勻并脫泡，得到混
合均勻的細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉微納米粉體復(fù)合紡絲溶液；
C將上述復(fù)合紡絲溶液經(jīng)噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細(xì)菌纖維素與海藻 酸鈉復(fù)合纖維。
上述步驟a中包括步驟
al將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中80 100'C烘干1 2h，得到干燥細(xì)菌纖維素；
a2將咪唑基氯鹽離子液體在油浴中加熱到80 90'C，然后加入一定量干燥細(xì)菌纖維素，
機(jī)械攪拌3~6h;上述咪唑基氯鹽離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體或1-n-丁
基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體。 上述步驟b中包括步驟
bl在超聲波作用下，逐漸地將海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；
b2將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散30 60min，得到分散均 勻的初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液；
b3將初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液，減壓脫泡20 24h或靜止脫泡24 36h，得 到上述細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液。上述步驟c中，凝固浴為蒸餾水，凝固浴的溫度為40 50°C，凝固時間為1 3min;拉 伸為三段式拉伸工藝，每段的拉伸倍數(shù)為1.5 2.0倍；烘干的溫度為80 90'C。 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
1本發(fā)明使用咪唑基氯鹽離子液體作為細(xì)菌纖維素的溶劑，直接溶解纖維素而未使其發(fā) 生衍生化和降解，使得細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維具有良好的物理機(jī)械性能，而且溶解 工藝簡單，不需要對細(xì)菌纖維素進(jìn)行活化等預(yù)處理。
2海藻酸鈉微納米粉體在上述溶劑中也不會發(fā)生任何變化，使得細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉 復(fù)合纖維能夠充分發(fā)揮對皮膚的消炎、止癢、美容等功效。
3本發(fā)明采用超聲波分散的方法分散海藻酸鈉微納米粉體，使得紡絲原液和復(fù)合纖維中 海藻酸鈉粉體的分布比較均勻。
4本發(fā)明采用的溶劑為咪唑基氯鹽離子液體，凝固浴為蒸餾水，能夠方便地實(shí)現(xiàn)溶劑的 回收利用，實(shí)現(xiàn)纖維生產(chǎn)工藝的綠色環(huán)保，而且可以大大降低細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖 維的生產(chǎn)成本。
5本發(fā)明中細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維，具有高吸濕性和優(yōu)異的物理機(jī)械性能，而 且穿著過程中海藻酸鈉中的各類礦物質(zhì)、氨基酸、維生素等逐漸地釋放出來，對皮膚有消炎、 止癢、美容等功效，非常適合用于生產(chǎn)各種貼身穿的內(nèi)衣和各類高檔服裝面料以及醫(yī)用敷料 等。
此外，在本發(fā)明的創(chuàng)造過程中，有效地解決了細(xì)菌纖維素的溶解性對室溫離子液體溶劑 體系即咪唑基氯鹽離子液體中的水分含量特別敏感這一關(guān)鍵問題，即溶劑體系的含水量越大， 細(xì)菌纖維素的溶解性越差，提高了細(xì)菌纖維素的溶解效率。
具體實(shí)施例方式
一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維即一種細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維，將海藻酸 鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中并分散均勻，通過濕法紡絲獲得細(xì)菌纖維素與海藻酸 鈉復(fù)合纖維；其中，海藻酸鈉在復(fù)合纖維中的含量為5%-20%,細(xì)菌纖維素在復(fù)合纖維中的含 量為80%_95%。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明 實(shí)施例h
一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，將細(xì)菌纖維素置于真空烘箱中，烘干溫 度100'C，烘干時間為lh，得到干燥細(xì)菌纖維素；將950克1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子 液體或l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到80'C，然后加入50克干燥細(xì)菌纖 維素，機(jī)械攪拌3h，得到質(zhì)量百分比濃度為5%的細(xì)菌纖維素溶液；在超聲波作用下，逐漸地 (緩慢、連續(xù)地)將12克海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散30min， 得到初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡20h，得到分散均勻的細(xì)菌纖維素 與海藻酸鈉紡絲原液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到4(TC的蒸餾水凝固 浴中，凝固lmin，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1. 5-2倍，在80-90。C干燥， 得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。 實(shí)施例2:
一種細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中9(TC烘干 1.5h,得到干燥細(xì)菌纖維素；將940克咪唑基氯鹽離子液體(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子 液體或l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體)在油浴中加熱到90°C，然后加入60克干燥細(xì)菌 纖維素，機(jī)械攪拌4h，得到質(zhì)量百分比濃度為6%的細(xì)菌纖維素溶液；在超聲波作用下,逐漸 地將15克海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混 合溶液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散40min，得到初級細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡22h，得到分散均勻的細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡 絲原液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到50。C的蒸餾水凝固浴中，凝固 2min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1.5-2倍，然后80-9(TC干燥，得到細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。 實(shí)施例3:
一種細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中80'C烘干 2h，得到干燥細(xì)菌纖維素;將920克l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到85°C， 然后加入80克干燥細(xì)菌纖維素，機(jī)械攪拌5h，得到質(zhì)量百分比濃度為8%的細(xì)菌纖維素溶液； 在超聲波作用下，逐漸地將15克的海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分 散50min，得到初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散均勻的細(xì) 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到50'C的蒸 餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1.5-2倍，然后8CTC 或者9(TC干燥，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。 實(shí)施例4:
一種細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中85'C烘干 2h，得到干燥細(xì)菌纖維素;將910克1-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到90。C， 然后加入90克干燥細(xì)菌纖維素，機(jī)械攪拌5h，得到質(zhì)量百分比濃度為9%的細(xì)菌纖維素溶液; 在超聲波作用下，逐漸地將20克的海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分 散60min，得到初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散均勻的細(xì) 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到50'C的蒸 餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1.5-2倍，然后80-90。C 干燥，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。 實(shí)施例5
一種細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中80'C烘干 2h，得到干燥細(xì)菌纖維素；將900克適宜的咪唑基氯鹽離子液體離子液體在油浴中加熱到 85'C，然后加入100克干燥的細(xì)菌纖維素，機(jī)械攪拌6h，得到質(zhì)量百分比濃度為10%的細(xì)菌 纖維素溶液；在超聲波作用下,逐漸地將25克海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中， 得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波 作用下分散60min，得到初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散 均勻的細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到 50'C的蒸餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1. 5-2倍， 然后80-9(TC干燥，得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。
有必要指出的是，上述實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制，從事該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容的指導(dǎo)，對本發(fā)明所做出的一些非 本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維，其特征是將海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中并分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維；其中，海藻酸鈉在復(fù)合纖維中的含量為5％～20％，細(xì)菌纖維素在復(fù)合纖維中的含量為80％～95％。
2、 一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，特征在于其包括如下步驟a將適量的細(xì)菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質(zhì)量百分比濃度為5% 10% 的細(xì)菌纖維素溶液；b將一定量的海藻酸鈉微納米粉體加入到細(xì)菌纖維素溶液中，分散均勻并脫泡，得到細(xì) 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；c將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 a中包括步驟al將細(xì)菌纖維素在真空烘箱中80 100'C烘干1 2h，得到干燥細(xì)菌纖維素；a2將咪唑基氯鹽離子液體在油浴中加熱到80 9(TC，然后加入一定量干燥細(xì)菌纖維素， 機(jī)械攪拌3 6h;上述咪唑基氯鹽離子液體為l-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體或l-n-丁 基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 b中包括步驟bl在超聲波作用下，逐漸地將海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中，得到細(xì)菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；b2將細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液，在超聲波作用下分散30 60min，得到分散 均勾的初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液；b3將初級細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液，減壓脫泡20 24h或靜止脫泡24 36h，得 到上述細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 c中，凝固浴為蒸餾水，凝固浴的溫度為40 5(TC，凝固時間為1 3min;拉伸為三段式拉 伸工藝，每段拉伸倍數(shù)為1.5 2.0倍；烘干溫度為80 90'C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種細(xì)菌纖維素/海藻酸鈉復(fù)合纖維及其制備方法，將海藻酸鈉微納米粉體添加到細(xì)菌纖維素溶液中并用超聲波分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維；其中，海藻酸鈉在復(fù)合纖維中的含量為5％～20％，細(xì)菌纖維素在復(fù)合纖維中的含量為80％～95％。制備方法包括步驟將適量的細(xì)菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質(zhì)量百分比濃度為5％～10％的細(xì)菌纖維素溶液；然后加入一定量的海藻酸鈉微納米粉體，分散均勻并脫泡，得到紡絲原液；將紡絲原液經(jīng)噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細(xì)菌纖維素與海藻酸鈉復(fù)合纖維。上述復(fù)合纖維具有高吸濕性和優(yōu)異的物理機(jī)械性能，對人體皮膚有消炎、止癢、美容等功效。
文檔編號D01F8/02GK101613893SQ200910016898
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者張傳杰, 琪 徐, 平 朱, 柳 王, 隋淑英 申請人:武漢科技學(xué)院